(57)【要約】【課題】  Ａ／Ｄ変換部前段の入力ゲイン切換部のゲイン誤差を補正する。【解決手段】  測定時、制御部３１は基準信号生成部２５に生成させた１ｋＨｚ正弦波の基準信号を入力ゲイン切換部２１に入力させ、最小ゲインから最大ゲインまで６段階に切り換えたときにＡ／Ｄ変換部２２でＡ／Ｄ変換後のディジタル信号レベルから最小ゲインに対する各段階のゲイン相対誤差を打ち消すための補正係数を決定し記憶させておく。通常時、入力アナログオーディオ信号を入力ゲイン切換部２１を介してＡ／Ｄ変換部２２でＡ／Ｄ変換されたディジタル信号レベルを監視し、小レベル状態が続いたり、過大となったときにＡ／Ｄ変換部２２の入力レベルが最適となるようにゲインを切り換え、同時に、切り換えゲインに対応する補正係数をレベル補正部２３にセットし、ゲイン誤差を補正させる。【選択図】        図５
2010124250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力アナログ信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、Ａ／Ｄ変換手段の前段に設けられて入力アナログ信号に対し複数段階の所定の設定値のゲインに切り換え可能な入力ゲイン切り換え手段と、を備えたＡ／Ｄ変換装置において、
入力ゲイン切り換え手段のゲイン測定用の基準信号を発生する基準信号発生手段と、
通常時は入力アナログ信号を選択して入力ゲイン切り換え手段に入力させ、測定時は基準信号を選択して入力ゲイン切り換え手段に入力させる選択手段と、
測定時、基準信号が選択手段を介して入力ゲイン切り換え手段に印加されているときに、入力ゲイン切り換え手段のゲインを各段階に切り換えたときのＡ／Ｄ変換手段の出力レベルを測定するレベル測定手段と、
レベル測定手段で測定したレベルに基づき、入力ゲイン切り換え手段の各段階のゲインの誤差を打ち消すための各段階別の補正係数を決定する補正係数決定手段と、
通常時、選択手段を介して入力ゲイン切り換え手段に入力アナログ信号が印加されているときに、入力ゲイン切り換え手段のゲインに応じてＡ／Ｄ変換手段から出力されたディジタル信号に対し、補正係数決定手段で決定された補正係数に基づきレベル補正を行なう補正手段と、
を備えたことを特徴とするＡ／Ｄ変換装置。
【請求項２】
入力ゲイン切り換え手段の複数段階のゲインの設定値は２の乗数倍または１／２の乗数倍の値としたこと、
を特徴とする請求項１記載のＡ／Ｄ変換装置。
【請求項３】
ディジタル信号をＤ／Ａ変換して出力するＤ／Ａ変換手段と、Ｄ／Ａ変換手段の後段に設けられて出力アナログ信号に対し複数段階の所定の設定値のゲインに切り換え可能な出力ゲイン切り換え手段と、を備えたＤ／Ａ変換装置において、
出力ゲイン切り換え手段のゲイン測定用の基準信号を発生する基準信号発生手段と、
通常時は出力アナログ信号を選択して出力ゲイン切り換え手段に入力させ、測定時は基準信号を選択して出力ゲイン切り換え手段に入力させる選択手段と、
測定時、出力ゲイン切り換え手段から出力されるアナログ信号が入力されるＡ／Ｄ変換手段と、
測定時、基準信号が選択手段を介して出力ゲイン切り換え手段に印加されているときに、出力ゲイン切り換え手段のゲインを各段階に切り換えたときのＡ／Ｄ変換手段の出力レベルを測定するレベル測定手段と、
レベル測定手段で測定した出力レベルに基づき、出力ゲイン切り換え手段の各段階のゲインの誤差を打ち消すための各段階別の補正係数を決定する補正係数決定手段と、
通常時、選択手段を介して出力ゲイン切り換え手段にＤ／Ａ変換手段の出力が印加されているときに、出力ゲイン切り換え手段のゲインに応じてＤ／Ａ変換手段に入力されるディジタル信号に対し、補正係数決定手段で決定された補正係数に基づきレベル補正を行なう補正手段と、
を備えたことを特徴とするＤ／Ａ変換装置。
【請求項４】
出力ゲイン切り換え手段の複数段階のゲイン設定値は２の乗数倍または１／２の乗数倍の値としたこと、
を特徴とする請求項３記載のＤ／Ａ変換装置。
【請求項５】
入力アナログ信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、Ａ／Ｄ変換手段から出力された入力ディジタル信号に対し信号処理を行なう信号処理手段と、信号処理手段の出力ディジタル信号をＤ／Ａ変換して出力するＤ／Ａ変換手段と、Ａ／Ｄ変換手段の前段に設けられて入力アナログ信号に対し複数段階の所定の設定値のゲインに切り換え可能な入力ゲイン切り換え手段と、Ｄ／Ａ変換手段の後段に設けられて出力アナログ信号に対し複数段階の所定の設定値のゲインに切り換え可能な出力ゲイン切り換え手段と、を備えた信号処理装置において、
入力ゲイン切り換え手段と出力ゲイン切り換え手段のゲイン測定用の基準信号を発生する基準信号発生手段と、
通常時は入力アナログ信号を選択して入力ゲイン切り換え手段に入力させ、第１の測定時は基準信号を選択して入力ゲイン切り換え手段に入力させ、第２の測定時は出力ゲイン切り換え手段の出力を選択して入力ゲイン切り換え手段に入力する第１の選択手段と、
通常時は出力アナログ信号を選択して出力ゲイン切り換え手段に入力し、第２の測定時は基準信号を選択して出力ゲイン切り換え手段に入力させる第２の選択手段と、
第１の測定時、基準信号が第１の選択手段を介して入力ゲイン切り換え手段に印加されているときに、入力ゲイン切り換え手段のゲインを各段階に切り換えたときのＡ／Ｄ変換手段の出力レベルを測定し、第２の測定時、基準信号が第２の選択手段、出力ゲイン切り換え手段、第１の選択手段を介して入力ゲイン切り換え手段に印加されているときに、出力ゲイン切り換え手段のゲインを各段階に切り換えたときのＡ／Ｄ変換手段の出力レベルを測定するレベル測定手段と、
レベル測定手段で測定したレベルに基づき、入力ゲイン切り換え手段の各段階のゲインの誤差を打ち消すための各段階別の補正係数と出力ゲイン切り換え手段の各段階のゲインの誤差を打ち消すための各段階別の補正係数とを決定する補正係数決定手段と、
通常時、第１の選択手段を介して入力ゲイン切り換え手段に入力アナログ信号が印加され、かつ第２の選択手段を介して出力ゲイン切り換え手段に出力アナログ信号が印加されているときに、入力ゲイン切り換え手段のゲインと出力ゲイン切り換え手段のゲインに応じてＡ／Ｄ変換手段とＤ／Ａ変換手段の間でディジタル信号に対し、補正係数決定手段で決定された補正係数に基づきレベル補正を行なう補正手段と、
を備えたことを特徴とする信号処理装置。
【請求項６】
入力ゲイン切り換え手段の複数段階のゲインの設定値は２の乗数倍または１／２の乗数倍の値とし、出力ゲイン切り換え手段の複数段階のゲインの設定値は２の乗数倍または１／２の乗数倍の値としたこと、
を特徴とする請求項５記載の信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＡ／Ｄ変換装置、Ｄ／Ａ変換装置、信号処理装置に係り、とくに入力アナログ信号または出力アナログ信号に対するゲインを切り換え可能としたＡ／Ｄ変換装置、Ｄ／Ａ変換装置、信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば車載オーディオシステムではヘッドユニットはダッシュボードに設置されるが、パワーアンプやスピーカボックスはヘッドユニットから離れたトランクやドアなどに設置される場合が多い。ヘッドユニット内のチューナ部、ＣＤ再生部等のソース回路部からは一定レベルのオーディオ信号が出力されるようになっており、ヘッドユニットに設けられた音量調整部でユーザ所望の音量に調整したのち、ケーブルを介してパワーアンプ側に出力される。パワーアンプでＤＳＰ（ディジタルシグナルプロセッサ）により帯域制限等の信号処理を行いたい場合、ヘッドユニット側から入力した音量調整後のアナログオーディオ信号をＡ／Ｄ変換器で一旦ディジタルオーディオ信号に変換し、信号処理後、Ｄ／Ａ変換器で元のアナログ信号に戻すようにしている。
【０００３】
ところで、ユーザが音楽を聴取するときの最大の音量と最小の音量の信号レベルには大きな開きがあり、稀に聞く程度の大音量と比較すると普段の音量はそれよりも小さな音量であり、ときに普段の音量よりもさらに小さな音量で聞きたい場合もある。小音量時と大音量時の差は個人差もあるが４０ｄＢ程度あるのが普通である。音量調整後のアナログオーディオ信号をＡ／Ｄ変換するとき、システムの最大信号レベルでクリップしないようにシステムを構成する必要がある。たとえば、１６ビットＡ／Ｄ変換器を用いて信号レベルが最大のときにフルビットのディジタル信号に変換されるように構成したとき、小音量時は最大音量時に対して信号レベルが４０ｄＢ小さいとすると、小音量時ではＡ／Ｄ変換器の上位側の約７ビットが使用されず、９ビットのＡ／Ｄ変換器を用いたのと等価となってしまい、量子化歪の影響でオーディオ信号のクオリティが非常に悪化してしまう問題がある。この点につき音量調整部をパワーアンプのＤＳＰの後段に設け、Ａ／Ｄ変換器の入力を一定の信号レベルとしてクオリティの悪化を回避することが考えられる。けれども、通常、音量調整操作部はヘッドユニットに設けられるので、ダッシュボードのヘッドユニットからトランクルームのパワーアンプまで音量調整信号ラインをオーディオ信号ラインと別個に配線する必要が生じ、また一般にパワーアンプには音量調整信号の入力端子が付属しないため、製品の汎用性がなくなる欠点があり現実的な解決策でない。
スピーカの付加機能として帯域制限等をＤＳＰによる信号処理で実現しようとする場合もまったく同様で、一般にスピーカには音量調整後のアナログオーディオ信号が入力されるため、小音量時に量子化歪の影響でオーディオ信号のクオリティが非常に悪化してしまう欠点がある。
【０００４】
この問題を解決するため、信号レベルが大きく可変する音量調整後のアナログオーディオ信号を対象に信号処理する場合、図１に示す如くＤＳＰ１の前後段のＡ／Ｄ変換器２とＤ／Ａ変換器３の前後に更に入力ゲイン可変回路４と出力ゲイン可変回路５を設けるようにしている。そして、音量増大により入力アナログオーディオ信号Ａｉｎのレベルが大きくなってＡ／Ｄ変換器２の出力がクリップしそうなときは入力ゲイン可変回路４のゲインを下げ、Ａ／Ｄ変換器２の入力レベルを最適化する一方、その分、出力ゲイン可変回路５のゲインを上げて全体としてユーザ所望の音量に見合った出力レベルが得られるようにし、反対に小音量化により入力アナログオーディオ信号Ａｉｎのレベルが小さくなってＡ／Ｄ変換器２の出力の信号歪が顕著になりそうなときは入力ゲイン可変回路４のゲインを上げ、Ａ／Ｄ変換器２の入力レベルを最適化する一方、その分、出力ゲイン可変回路５のゲインを下げて、全体としてユーザ所望の音量に見合った出力レベルが得られるようにすることが考えられる。たとえば、実開平５−５５６１７号には、入力アナログオーディオ信号Ａｉｎのレベルが過大となったときに、入力ゲイン可変回路（第１のＶＣＡ）でゲインを下げ、その分、出力ゲイン可変回路（第２のＶＣＡ）でゲインを上げる発明が開示されている（特許文献１）。
【０００５】
けれども、アナログ回路で構成された入力ゲイン可変回路や出力ゲイン可変回路では、素子部品の回路定数の組み合わせの制約や素子部品の回路定数のバラツキのためゲインの精度が悪く、入力ゲイン可変回路と出力ゲイン可変回路で相補的にゲインを可変した時に信号が不連続となって大きなノイズが発生する欠点があった。例えば、図２は反転増幅器ＯＰ、抵抗Ｒ１乃至Ｒ９、スイッチ素子ＳＷ１乃至ＳＷ３により構成したアナログゲイン切り換え回路であり、スイッチ素子に７４ＨＣ４０５３（例えば東芝製ＴＣ７４ＨＣ４０５３ＡＰ）を用い、少ないスイッチ素子で比較的正確にゲインを切り換えられるようにしたものであり、図３に示す如く、３ビットの制御信号ＣｏｎｔＡ、ＣｏｎｔＢ、ＣｏｎｔＣの「Ｈ」「Ｌ」の組み合わせによりゲインを×１、×２、×４、×８、×１６、×３２の６段階の２の乗数倍の設定ゲインに切り換え可能である。図２の構成の場合、×１、×２、×４、×８、×１６、×３２の計算上のゲインは０．８８（誤差−１２．００％）、１．７６（誤差−１２．００％）、３．５２（誤差−１２．００％）、７．０８（誤差−１１．５０％）、１４．０６（誤差−１２．１３％）、２７．９４（誤差−１２．６９％）となり、×１のゲインを基準にしたとき、×２、×４、×８、×１６、×３２は１．９９５倍（相対誤差−０．２５％）、３．９９１倍（同−０．２２％）、８．０１４倍（同−０．２２％）、１５．９２０倍（同−０．５０％）、３１．６３４（同−１．１４％）となる（但し、抵抗値のバラツキ誤差は考慮していない）。ゲイン切り換え回路としては、かなり正確な回路であるが、上述の入力信号のレベル変化に追従してゲインを可変させる場合は、精度不足となる。例えば、計算上と抵抗値のバラツキを合わせたゲインの切り換え誤差が１％の場合、信号に対して−４０ｄＢ程度のオーディオ信号としては比較的大きなパルス的なノイズが発生することになる。
【０００６】
これとは別に、オーディオ信号に対する音量調整をアナログ領域において行なう電子ボリューム回路がある。この電子ボリューム回路は入力端子とグランド間に多数の抵抗素子を直列に接続した抵抗分圧回路と、入力端子及び各抵抗間の接続点と出力端子との間に介装された多数のアナログスイッチを内蔵しており、アナログスイッチを択一的に閉じて入力アナログオーディオ信号の電圧値を可変の分圧値で分圧し、信号レベルを減衰させる。この電子ボリューム回路では、例えば０ｄＢ〜−３５ｄＢまで１ｄＢ単位のステップで減衰させる場合、３６個の抵抗素子と３６個のアナログスイッチが必要となり、構成が複雑・大形化し、コストも高くなってしまう。一方、音量調整はディジタルタル領域においてＤＳＰによる演算処理でも可能であるが、減衰量が大きくなると有効ビット長が小さくなって、量子化歪が大きくなってしまう。
【０００７】
そこで、図４に示す如く、電子ボリューム回路６の前段に、入力アナログオーディオ信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器７、ディジタル流域で減衰演算を行なうＤＳＰ８、ＤＳＰ８の出力をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器９を設け、電子ボリューム回路６では６ｄＢの大きなステップ幅で減衰し、ＤＳＰ８では１ｄＢの小さなステップ幅で減衰させるようにし、制御回路１０が目標音量（目標減衰量）となるように電子ボリューム回路６とＤＳＰ８を制御するようにしたハイブリッド型の音量調整回路が提案されている（特許文献２）。
けれども、アナログ回路で構成された電子ボリューム回路６はＤＳＰ８に比して直線性が悪く、例えば電子ボリューム回路６の−６ｄＢが実際には−５ｄＢしか無い場合がある。このとき、全体の減衰量を−５ｄＢとするため、電子ボリューム回路６の減衰量を０ｄＢ、ＤＳＰ８を−５ｄＢに切り換えたときと、全体の減衰量を１ｄＢ落として−６ｄＢとするため、電子ボリューム回路６の減衰量を−６ｄＢ、ＤＳＰ８を０ｄＢに切り換えたときとで、ほぼ同じ減衰量になって音量が殆んど変化しない問題があった。
【０００８】
【特許文献１】実開平５−５５６１７号公報の段落００２５、図１
【特許文献２】特開２００１−７６７０号公報の段落００２６、図５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記した従来技術の問題に鑑み、Ａ／Ｄ変換手段の前段に設けられた入力ゲイン切り換え手段のゲイン切り換え誤差を補正可能なＡ／Ｄ変換装置を提供することをその目的とする。また、Ｄ／Ａ変換手段の後段に設けられた出力ゲイン切り換え手段のゲイン切り換え誤差を補正可能なＤ／Ａ変換装置を提供することをその目的とする。また、前後段に設けられた入力ゲイン切り換え手段と出力ゲイン切り換え手段のゲイン切り換え誤差を補正可能な信号処理装置を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のＡ／Ｄ変換装置の１つでは、入力アナログ信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、Ａ／Ｄ変換手段の前段に設けられて入力アナログ信号に対し複数段階の所定の設定値のゲインに切り換え可能な入力ゲイン切り換え手段と、を備えたＡ／Ｄ変換装置において、入力ゲイン切り換え手段のゲイン測定用の基準信号を発生する基準信号発生手段と、通常時は入力アナログ信号を選択して入力ゲイン切り換え手段に入力させ、測定時は基準信号を選択して入力ゲイン切り換え手段に入力させる選択手段と、測定時、基準信号が選択手段を介して入力ゲイン切り換え手段に印加されているときに、入力ゲイン切り換え手段のゲインを各段階に切り換えたときのＡ／Ｄ変換手段の出力レベルを測定するレベル測定手段と、レベル測定手段で測定したレベルに基づき、入力ゲイン切り換え手段の各段階のゲインの誤差を打ち消すための各段階別の補正係数を決定する補正係数決定手段と、通常時、選択手段を介して入力ゲイン切り換え手段に入力アナログ信号が印加されているときに、入力ゲイン切り換え手段のゲインに応じてＡ／Ｄ変換手段から出力されたディジタル信号に対し、補正係数決定手段で決定された補正係数に基づきレベル補正を行なう補正手段と、を備えたことを特徴としている。
本発明のＡ／Ｄ変換装置の他の１つでは、入力ゲイン切り換え手段の複数段階のゲイン設定値は２の乗数倍または１／２の乗数倍の値としたこと、を特徴としている。
本発明のＤ／Ａ変換装置の１つでは、ディジタル信号をＤ／Ａ変換して出力するＤ／Ａ変換手段と、Ｄ／Ａ変換手段の後段に設けられて出力アナログ信号に対し複数段階の所定の設定値のゲインに切り換え可能な出力ゲイン切り換え手段と、を備えたＤ／Ａ変換装置において、出力ゲイン切り換え手段のゲイン測定用の基準信号を発生する基準信号発生手段と、通常時は出力アナログ信号を選択して出力ゲイン切り換え手段に入力させ、測定時は基準信号を選択して出力ゲイン切り換え手段に入力させる選択手段と、測定時、出力ゲイン切り換え手段から出力されるアナログ信号が入力されるＡ／Ｄ変換手段と、測定時、基準信号が選択手段を介して出力ゲイン切り換え手段に印加されているときに、出力ゲイン切り換え手段のゲインを各段階に切り換えたときのＡ／Ｄ変換手段の出力レベルを測定するレベル測定手段と、レベル測定手段で測定した出力レベルに基づき、出力ゲイン切り換え手段の各段階のゲインの誤差を打ち消すための各段階別の補正係数を決定する補正係数決定手段と、通常時、選択手段を介して出力ゲイン切り換え手段にＤ／Ａ変換手段の出力が印加されているときに、出力ゲイン切り換え手段のゲインに応じてＤ／Ａ変換手段に入力されるディジタル信号に対し、補正係数決定手段で決定された補正係数に基づきレベル補正を行なう補正手段と、を備えたことを特徴としている。
本発明のＤ／Ａ変換装置の他の１つでは、出力ゲイン切り換え手段の複数段階のゲイン設定値は２の乗数倍または１／２の乗数倍の値としたこと、を特徴としている。
本発明の信号処理装置の１つでは、入力アナログ信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、Ａ／Ｄ変換手段から出力された入力ディジタル信号に対し信号処理を行なう信号処理手段と、信号処理手段の出力ディジタル信号をＤ／Ａ変換して出力するＤ／Ａ変換手段と、Ａ／Ｄ変換手段の前段に設けられて入力アナログ信号に対し複数段階の所定の設定値のゲインに切り換え可能な入力ゲイン切り換え手段と、Ｄ／Ａ変換手段の後段に設けられて出力アナログ信号に対し複数段階の所定の設定値のゲインに切り換え可能な出力ゲイン切り換え手段と、を備えた信号処理装置において、入力ゲイン切り換え手段と出力ゲイン切り換え手段のゲイン測定用の基準信号を発生する基準信号発生手段と、通常時は入力アナログ信号を選択して入力ゲイン切り換え手段に入力させ、第１の測定時は基準信号を選択して入力ゲイン切り換え手段に入力させ、第２の測定時は出力ゲイン切り換え手段の出力を選択して入力ゲイン切り換え手段に入力する第１の選択手段と、通常時は出力アナログ信号を選択して出力ゲイン切り換え手段に入力し、第２の測定時は基準信号を選択して出力ゲイン切り換え手段に入力させる第２の選択手段と、第１の測定時、基準信号が第１の選択手段を介して入力ゲイン切り換え手段に印加されているときに、入力ゲイン切り換え手段のゲインを各段階に切り換えたときのＡ／Ｄ変換手段の出力レベルを測定し、第２の測定時、基準信号が第２の選択手段、出力ゲイン切り換え手段、第１の選択手段を介して入力ゲイン切り換え手段に印加されているときに、出力ゲイン切り換え手段のゲインを各段階に切り換えたときのＡ／Ｄ変換手段の出力レベルを測定するレベル測定手段と、レベル測定手段で測定したレベルに基づき、入力ゲイン切り換え手段の各段階のゲインの誤差を打ち消すための各段階別の補正係数と出力ゲイン切り換え手段の各段階のゲインの誤差を打ち消すための各段階別の補正係数とを決定する補正係数決定手段と、通常時、第１の選択手段を介して入力ゲイン切り換え手段に入力アナログ信号が印加され、かつ第２の選択手段を介して出力ゲイン切り換え手段に出力アナログ信号が印加されているときに、入力ゲイン切り換え手段のゲインと出力ゲイン切り換え手段のゲインに応じてＡ／Ｄ変換手段とＤ／Ａ変換手段の間でディジタル信号に対し、補正係数決定手段で決定された補正係数に基づきレベル補正を行なう補正手段と、を備えたことを特徴としている。
本発明の信号処理装置の他の１つでは、入力ゲイン切り換え手段の複数段階のゲインの設定値は２の乗数倍または１／２の乗数倍の値とし、出力ゲイン切り換え手段の複数段階のゲインの設定値は２の乗数倍または１／２の乗数倍の値としたこと、を特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のＡ／Ｄ変換装置によれば、基準信号を用いて入力ゲイン切り換え手段の各段階のゲインの誤差を打ち消すための各段階別の補正係数を決定し、入力ゲイン切り換え手段にＡ／Ｄ変換対象の入力アナログ信号が印加されているときに、入力ゲイン切り換え手段のゲインに応じてＡ／Ｄ変換手段から出力されたディジタル信号に対し、レベル補正を行なうようにしたので、アナログ回路で構成される入力ゲイン切り換え手段の各段階のゲインに誤差があっても、信号に対するゲインを正確に切り換えることができる。
また、Ａ／Ｄ変換後のディジタル信号をディジタル信号処理する場合、入力ゲイン切り換え手段のゲイン切り換えと連動してディジタル信号処理手段に保持された過去のサンプルデータのレベルを切り換える必要があるが、入力ゲイン切り換え手段の複数段階のゲイン設定値は２の乗数倍または１／２の乗数倍で切り換えるようにしておけば、過去のサンプルデータのレベルの切り換えをビットシフト動作で簡単に実行することができる。
また本発明のＤ／Ａ変換装置によれば、基準信号を用いて出力ゲイン切り換え手段の各段階のゲインの誤差を打ち消すための各段階別の補正係数を決定し、Ｄ／Ａ変換対象のディジタル信号をＤ／Ａ変換した出力アナログ信号が出力ゲイン切り換え手段に印加されているときに、出力ゲイン切り換え手段のゲインに応じてＤ／Ａ変換対象のディジタル信号に対し、レベル補正を行なうようにしたので、アナログ回路で構成される出力ゲイン切り換え手段の各段階のゲインに誤差があっても、信号に対するゲインを正確に切り換えることができる。
また、Ｄ／Ａ変換手段に入力されるディジタル信号に対するゲインを出力ゲイン切り換え手段のゲインと相殺的に可変する場合に、出力ゲイン切り換え手段の複数段階のゲイン設定値は２の乗数倍または２の乗数倍で切り換えるようにしておけば、Ｄ／Ａ変換手段に入力されるディジタル信号に対するゲインの切り換えをビットシフト動作で簡単に実行することができる。
また本発明の信号処理装置によれば、基準信号を用いて入力ゲイン切り換え手段と出力ゲイン切り換え手段の各段階のゲインの誤差を打ち消すための各段階別の補正係数を決定し、入力ゲイン切り換え手段にＡ／Ｄ変換対象のアナログ信号が印加され、かつＤ／Ａ変換対象のディジタル信号をＤ／Ａ変換した出力アナログ信号が出力ゲイン切り換え手段に印加されているときに、入力ゲイン切り換え手段と出力ゲイン切り換え手段のゲインに応じてＡ／Ｄ変換手段とＤ／Ａ変換手段の間でディジタル信号に対し、レベル補正を行なうようにしたので、アナログ回路で構成される入力ゲイン切り換え手段と出力ゲイン切り換え手段の各段階のゲインに誤差があっても、信号に対するゲインを正確に切り換えることができる。
また、Ａ／Ｄ変換後のディジタル信号をディジタル信号処理する場合、入力ゲイン切り換え手段のゲイン切り換えと連動してディジタル信号処理手段に保持された過去のサンプルデータのレベルを切り換える必要があるが、入力ゲイン切り換え手段の複数段階のゲイン設定値は２の乗数倍または１／２の乗数倍で切り換えるようにしておけば、過去のサンプルデータのレベルの切り換えをビットシフト動作で簡単に実行することができ、同様にして、Ｄ／Ａ変換手段に入力されるディジタル信号に対するゲインを出力ゲイン切り換え手段のゲインとを相殺的に可変する場合に、出力ゲイン切り換え手段の複数段階のゲイン設定値は２の乗数倍または２の乗数倍で切り換えるようにしておけば、Ｄ／Ａ変換手段に入力されるディジタル信号に対するゲインの切り換えをビットシフト動作で簡単に実行することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の最良の形態を実施例に基づき説明する。
【実施例１】
【００１３】
図５を参照して本発明の第１実施例を説明する。図５は本発明に係る帯域制限用信号処理装置の構成を示すブロック図である。
図５において、２０はスイッチ部であり、通常モード時は音量調整後の入力アナログオーディオ信号Ａｉｎを選択して出力し、測定モード時は後述するアナログ基準信号ＳＴを選択して出力する。２１はスイッチ部から出力されたアナログ信号に対するゲインを切り換え可能な入力ゲイン切り換え部である。この入力ゲイン切り換え部２１はここでは図２と同一に構成されており、ゲインを第１乃至第６の６段階に２の乗数倍に切り換え可能とする。第１段階は×１、第２段階は×２、第３段階は×４、第４段階は×８、第５段階は×１６、第６段階は×３２のゲインに設定されている。但し、素子部品の回路定数の選択の制限と回路定数のバラツキから各段階の実際のゲインは設定値と一致せず誤差がある。この誤差は後述するように、ディジタル領域で補正される。２２はＡ／Ｄ変換部であり、入力ゲイン切り換え部２１でゲイン調整後のアナログオーディオ信号をＡ／Ｄ変換する。２３はレベル補正部であり、Ａ／Ｄ変換後のディジタルオーディオ信号に対し、入力ゲイン切り換え部２１のゲイン誤差を打ち消すようにレベル補正を行う。２４はディジタル信号処理部であり、ここでは一例として図６に示す３次ＦＩＲフィルタのシグナルフローに従い、所定のカットオフ周波数以下の成分だけ通過させる低域通過フィルタとしての信号処理を実行するものとする。ディジタルオーディオ信号のサンプル周期Ｔ、離散時間ｎＴ（但し、ｎ＝１、２、３、・・）、ディジタル信号処理部２４の時刻ｎＴの入力ｘ（ｎＴ）、出力ｙ（ｎＴ）とすると、
ｙ（ｎＴ）＝ａ０・ｘ（ｎＴ）＋ａ１・ｘ（（ｎ−１）Ｔ）＋ａ２・ｘ（（ｎ−２）Ｔ）＋ａ３・ｘ（（ｎ−３）Ｔ）
ａ０、ａ１、ａ２、ａ３；演算係数
である。ここで、ｘ（（ｎ−１）Ｔ）、ｘ（（ｎ−２）Ｔ）、ｘ（（ｎ−３）Ｔ）は過去のサンプルデータである。
【００１４】
２５は入力ゲイン切り換え部２１のゲイン測定用のディジタル基準信号を生成する基準信号生成部、２６は通常時はディジタル信号処理部２４から入力されたディジタル信号処理後のディジタルオーディオ信号を選択して出力し、測定時は基準信号生成部２５から入力されたディジタル基準信号を選択して出力するスイッチ部、２７はスイッチ部２６から入力するディジタル信号をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換部、２８はＤ／Ａ変換後のアナログ信号に対するゲインを切り換え可能な出力ゲイン切り換え部であり、この出力ゲイン切り換え部２８から出力アナログ信号Ａｏｕｔが出力される。出力ゲイン切り換え部２８はゲインを第１乃至第６の６段階に１／２の乗数倍に切り換え可能とする。第１段階は×１／３２、第２段階は×１／１６、第３段階は×１／８、第４段階は×１／４、第５段階は×１／２、第６段階は×１／１のゲインに設定されている。Ｄ／Ａ変換部２７の出力はスイッチ部２０の測定モード側入力端子と接続されている。２９はレベル測定部であり、Ａ／Ｄ変換部２２から出力されるディジタル信号の信号レベルを測定する。ここでは信号レベルはピーク値で測定するものとするが、実効値（ＲＭＳ）で測定するようにしてもよい。３０は補正係数記憶部であり、入力ゲイン切り換え部２１の各段階の補正係数を記憶する。
【００１５】
３１は制御部であり、測定時は１ｋＨｚの正弦波からなる基準信号を入力ゲイン切り換え部２１に印加させ、入力ゲイン切り換え部２１のゲインを第１乃至第６段階に順に切り換えながら、各段階でのレベル測定部２９で測定した信号レベルを用いて入力ゲイン切り換え部２１の各段階のゲインの誤差を打ち消すための各段階別の補正係数を決定し、補正係数記憶部３０に記憶させる。通常時は、入力ゲイン切り換え部２１を介してＡ／Ｄ変換部２２に入力された入力アナログオーディオ信号の信号レベルを監視し、所定の第１の基準レベルを下回った小レベル状態が一定時間継続したとき、Ａ／Ｄ変換部２２の入力レベルを最適化して量子化歪が顕著にならないようにするため、入力ゲイン切り換え部２１のゲインを１段階上げ、その分出力ゲイン切り換え部２８のゲインを１段階下げる。この際、入力ゲイン切り換え部２１のゲインに対応する補正係数をレベル補正部２３にセットし、Ａ／Ｄ変換後のディジタルオーディオ信号に補正係数を乗じて、入力ゲイン切り換え部２１のゲイン誤差を補正させるとともに、ディジタル信号処理部２４に対し過去のサンプルデータを算術シフト演算（１ビット左シフト）により２倍の大きさに補正させて、ゲイン切り換え前後で外部に出力される出力アナログオーディオ信号Ａｏｕｔが不連続とならないようにする。
また、入力アナログオーディオ信号の信号レベルを監視しているときに、所定の第２の基準レベル（＞第１の基準レベル）を越えて過大となったとき、Ａ／Ｄ変換部２２の入力レベルを最適化し、過大入力によるクリップが生じないようにするため、入力ゲイン切り換え部２１のゲインを１段階下げ、その分出力ゲイン切り換え部２８のゲインを１段階上げる。この際、入力ゲイン切り換え部２１のゲインに対応する補正係数をレベル補正部２３にセットし、Ａ／Ｄ変換後のディジタルオーディオ信号に補正係数を乗じて、入力ゲイン切り換え部２１のゲイン誤差を補正させるとともに、ディジタル信号処理部２４に対し過去のサンプルデータを算術シフト演算（１ビット右シフト）により１／２倍の大きさに補正させて、ゲイン切り換え前後で外部に出力される出力アナログオーディオ信号Ａｏｕｔが不連続とならないようにする。図５のＡ／Ｄ変換部２２からＤ／Ａ変換部２７までがディジタル領域である。なお、ディジタル領域ではサンプルデータがｎビット長で表現されるものとし、ＭＳＢが±の符号を表すものとする。但し、ディジタル信号処理部２４は下位側に５ビット拡張して（ｎ＋５）ビット長で演算を行い、出力時にｎビットに丸めるものとする。
【００１６】
図７と図８は制御部３１による測定時と通常時の制御処理を示すフローチャートであり、以下、これらの図を参照して上記した実施例の動作を説明する。
なお、ここでは、入力ゲイン切り換え部２１の×１のゲインを基準とし（補正はしない）、他の段階のゲインの相対誤差を打ち消すように補正するものとする。
（１）測定時
装置の電源がオンすると、制御部３１はスイッチ部２０と２６を測定モード側に切り換えさせ、基準信号生成部２５に振幅がディジタル領域のフルスケールの半分より２割程度小さく、１ｋＨｚ正弦波からなるディジタル基準信号を生成させ、更に入力ゲイン切り換え部２１のゲインを第１段階の×１に切り換えさせる（図７のステップＳ１０〜Ｓ１２）。ディジタル基準信号の生成は正弦波の１周期分の波形のサンプルデータを繰り返し出力することで行なう。ディジタル基準信号はスイッチ部２６を介してＤ／Ａ変換部２７に入力され、アナログ基準信号ＳＴに変換されたのち、スイッチ部２０を介して入力ゲイン切り換え部２１に入力される。ここで、ゲインが×１されたあと、Ａ／Ｄ変換部２２によりディジタル信号に変換される。そして、レベル測定部２９によりピーク値が測定されて制御部３１に入力される。制御部３１は、入力したピーク値を基準レベルＳＰとして補正係数記憶部３０に記憶し、かつ、第１段階のゲインの補正係数Ｐ１を１として記憶する（ステップＳ１３〜Ｓ１５）。
【００１７】
次に、入力ゲイン切り換え部２１のゲインを１段階上げて×２に切り換えさせるとともに、基準信号生成部２５に算術シフト演算によりディジタル基準信号の１周期分の波形の各サンプルデータを１ビット右シフトして振幅をそれまでの１／２倍とする（ステップＳ１６〜Ｓ１８）。この結果、アナログの基準信号ＳＴは振幅が１／２倍となって入力ゲイン切り換え部２１に入力され、ゲインが×２とされる。制御部３１は、レベル測定部２９から入力したピーク値で基準レベルＳＰを除して×２の補正係数Ｐ２を計算し、補正係数記憶部３０に記憶する（ステップＳ１９、Ｓ２０）。次に、入力ゲイン切り換え部２１のゲインを１段階上げて×４に切り換えさせるとともに、基準信号生成部２５に算術シフト演算によりディジタル基準信号の１周期分の波形の各サンプルデータを更に１ビット右シフトして振幅を更に１／２倍とし、レベル測定部２９から入力したピーク値を基準レベルＳＰで除して×４の補正係数Ｐ３を計算し、補正係数記憶部３０に記憶する（ステップＳ２１でＮＯ、Ｓ２２、Ｓ１７〜Ｓ２０）。以下、第６段階の×３２まで同様の処理を繰り返す。これにより、電源がオンされる度に、入力ゲイン切り換え部２１の各段階のゲインの補正係数Ｐ１〜Ｐ６が決定されて補正係数記憶部３０に記憶される。
【００１８】
（２）通常時
補正係数の決定が終ると、制御部３１は、スイッチ部２０と２６を通常モード側に切り換えさせるとともに入力ゲイン切り換え部２１のゲインを第１段階の×１、出力ゲイン切り換え部２８のゲインを第６段階の×１／１に切り換えさせる（図７のステップＳ２１でＹＥＳ、図８のステップＳ３０、Ｓ３１）。またレベル補正部２３に×１に対応する補正係数Ｐ１＝１をセットする（ステップＳ３２）。音量調整後の入力アナログオーディオ信号Ａｉｎはスイッチ部２０を介して入力ゲイン切り換え部２１に入力され、ゲインが×１されたあとＡ／Ｄ変換部２２によりディジタルオーディオ信号に変換される。そして、レベル補正部２３で補正係数１が乗じられたあと、ディジタル信号処理部２４で３次ＦＩＲフィルタにより低域成分が抽出される。そして、スイッチ部２６を介してＤ／Ａ変換部２７に入力され、アナログオーディオ信号に変換されたあと、出力ゲイン切り換え部２８でゲインが×１／１されて後段へ出力される。制御部３１は常時、レベル測定部２９で測定されたディジタルオーディオ信号のレベル（ここではピーク値）を監視しており（ステップＳ３３）、一定時間以上、第１の基準レベルを下回る小レベル状態が続いているかの判断と、所定の一定レベル（＝第２の基準レベル）を越えて過大になったかの判断を繰り返している（ステップＳ３４、Ｓ３５の繰り返し）。
【００１９】
若し、一定時間以上小レベル状態が続き、ステップＳ３４でＹＥＳとなったとき、現在入力ゲイン切り換え部２１がまだ第６段階でないので、入力ゲイン切り換え部２１を第２段階の×２に切り換えてＡ／Ｄ変換部２２のダイナミックレンジに対し最適化し、その分出力ゲイン切り換え部２８を第５段階の×１／２に切り換える（ステップＳ３６〜Ｓ３８）。続いて、補正係数記憶部３０から第２段階用の補正係数Ｐ２を読み出してレベル補正部２３にセットし、入力ゲイン切り換え部２１からレベル補正部２３までのゲインが第１段階に対し正確に２倍となるようにし、かつ、ディジタル信号処理部２４に対しＦＩＲフィルタの過去のサンプルデータを算術シフト演算で１ビット左シフトして２倍の大きさとする（ステップＳ３９、Ｓ４０）。これにより、出力ゲイン切り換え部２８から出力されるアナログオーディオ信号がゲイン切り換え前後で不連続となるのが防止される。
【００２０】
その後、再び一定時間以上の小レベル状態が続いたとき、ステップＳ３４でＹＥＳと判断し、入力ゲイン切り換え部２１を第３段階の×４に切り換えてＡ／Ｄ変換部２２のダイナミックレンジに対し最適化し、その分入力ゲイン切り換え部２１を第４段階の×１／４に切り換える（ステップＳ３６〜Ｓ３８）。続いて、補正係数記憶部３０から第３段階用の補正係数Ｐ３を読み出してレベル補正部２３にセットし、入力ゲイン切り換え部２１からレベル補正部２３までのゲインが第１段階に対し正確に４倍となるようにし、かつ、ディジタル信号処理部２４に対しＦＩＲフィルタの過去のサンプルデータを算術シフト演算で１ビット左シフトして２倍の大きさとする（ステップＳ３９、Ｓ４０）。
【００２１】
その後、測定レベルが所定の一定レベルを越える過大になったとき、ステップＳ３５でＹＥＳと判断し、現在入力ゲイン切り換え部２１がまだ第１段階でないので、入力ゲイン切り換え部２１を第２段階の×２に戻してＡ／Ｄ変換部２２のダイナミックレンジに対し過大入力とならないように最適化し、その分出力ゲイン切り換え部２８を第５段階の×１／２に切り換える（ステップＳ４１〜Ｓ４３）。続いて、補正係数記憶部３０から第２段階用の補正係数Ｐ２を読み出してレベル補正部２３にセットし、入力ゲイン切り換え部２１からレベル補正部２３までのゲインが第１段階に対し正確に２倍となるようにし、かつ、ディジタル信号処理部２４に対しＦＩＲフィルタの過去のサンプルデータを算術シフト演算で１ビット右シフトして１／２倍の大きさとする（ステップＳ４４、Ｓ４５）。これにより、ゲイン切り換えの前後で出力ゲイン切り換え部２８から出力されるアナログオーディオ信号が不連続となるのが防止される。
【００２２】
この実施例によれば、Ａ／Ｄ変換対象の入力アナログオーディオ信号のレベルに応じて入力ゲイン切り換え部２１のゲインを切り換え、レベルを最適化してＡ／Ｄ変換部２２に入力することで、Ａ／Ｄ変換で生じる量子化歪を低減することができる。また、基準信号を用いて入力ゲイン切り換え部２１の各段階のゲインの誤差を打ち消すための各段階別の補正係数を決定し、入力ゲイン切り換え部２１にＡ／Ｄ変換対象のアナログオーディオ信号が印加されているときに、入力ゲイン切り換え部２１のゲインに応じてＡ／Ｄ変換部２２から出力されたディジタルオーディオ信号に対しレベル補正を行なうようにしたので、アナログ回路で構成される入力ゲイン切り換え部２１の各段階のゲインに誤差があっても、信号に対するゲインを正確に切り換えることができる。
また、Ａ／Ｄ変換後のディジタルオーディオ信号をディジタル信号処理する場合、入力ゲイン切り換え部２１のゲイン切り換えと連動してディジタル信号処理部２４に保持された過去のサンプルデータのレベルを切り換える必要があるが、入力ゲイン切り換え部２１の複数段階のゲイン設定値を２の乗数倍で切り換えるようにしたので、過去のサンプルデータのレベルの切り換えを算術シフト演算（右シフトまたは左シフト）で簡単に実行することができる。
【００２３】
なお、上記した実施例では、第１段階のゲインを基準にしたときの第２段階乃至第６段階のゲインの相対誤差を打ち消すように補正したが、各段階のゲインの絶対誤差を打ち消すように補正しても良い。この場合、振幅Ｗが既知のディジタル基準信号ＳＴをＤ／Ａ変換後、第３段階のゲインに切り換えられた入力ゲイン切り換え部２１に入力させた状態でレベル測定部２９でピーク値ｗが測定されたとき、補正係数Ｐ３は、
Ｗ×４＝ｗ×Ｐ３
Ｐ３＝（Ｗ／ｗ）×４
となる。他の段階の補正係数も同様にして求めることができる。
また、上記した実施例では、通常時に、Ｄ／Ａ変換部２７から出力されたアナログ信号を出力ゲイン切り換え部２８によりレベルを可変したのち外部へ出力するようにしたが、とくにレベル可変が必要でなければＤ／Ａ変換部２７の出力をそのまま外部へ出力するようにしても良い（符号Ａｏｕｔ’参照）。更に、アナログ形式への変換も必要なければ、スイッチ部２６から出力されたディジタル信号をそのまま外部へ出力するようにしても良い（符号Ｄｏｕｔ参照）。
【実施例２】
【００２４】
図９を参照して本発明の第２実施例を説明する。図９は本発明に係る帯域制限用信号処理装置の構成を示すブロック図であり、図５と同一の構成部分には同一の符号が付してある。
図５の第１実施例では、Ａ／Ｄ変換部の前段に、Ａ／Ｄ変換対象の入力アナログオーディオ信号のレベルに応じてゲインを切り換え、Ａ／Ｄ変換部の入力レベルを最適化する入力ゲイン切り換え部を設け、この入力ゲイン切り換え部のゲイン誤差を補正するようにしたのに対し、図９ではＤ／Ａ変換部の前段に、Ｄ／Ａ変換対象のディジタルオーディオ信号のレベルに応じてゲインを切り換え、Ｄ／Ａ変換部の入力レベルを最適化するゲイン切り換え部を設けるとともに、Ｄ／Ａ変換部の後段に前記ゲイン切り換え部のゲインを相殺するようにゲインが切り換えられる出力ゲイン切り換え部を設け、さらにＤ／Ａ変換部の前段にレベル補正部を装入し、出力ゲイン切り換え部のゲイン誤差を補正するようにしたものである。
図９において、３２はスイッチ部であり、通常モード時は入力アナログオーディオ信号Ａｉｎを選択して出力し、測定モード時は後述する出力ゲイン切り換え部２８から出力されたアナログの基準信号ＳＴ’を選択して出力する。２４Ａはディジタル信号処理部であり、図６に示す３次ＦＩＲフィルタのシグナルフローに従い、所定のカットオフ周波数以下の成分だけ通過させる低域通過フィルタとしての信号処理を実行する。３３はディジタル信号処理部２４Ａから出力された帯域制限後のディジタルオーディオ信号に対するゲインを切り換えるゲイン切り換え部であり、算術シフト演算によりゲインを第１乃至第６の６段階に２の乗数倍に切り換え可能とする。第１段階は×１、第２段階は×２、第３段階は×４、第４段階は×８、第５段階は×１６、第６段階は×３２のゲインに設定されている。ゲイン切り換え部３３はゲインを×１とするとき、ディジタル信号処理部２４Ａから出力されたディジタルオーディオ信号のサンプルデータをそのまま出力させ、ゲインを×２k （但し、ｋ＝１、２、３、４、５）とするとき、サンプルデータを算術シフト演算によりｋビット左シフトして信号レベルを可変する。
【００２５】
２８はＤ／Ａ変換後のアナログオーディオ信号に対するゲインを切り換え可能な出力ゲイン切り換え部である。この出力ゲイン切り換え部２８はゲインを第１乃至第６の６段階に１／２の乗数倍に切り換え可能とする。第１段階は×１／３２、第２段階は×１／１６、第３段階は×１／８、第４段階は×１／４、第５段階は×１／２、第６段階は×１／１のゲインに設定されている。但し、素子部品の回路定数の選択の制限と回路定数のバラツキから各段階の実際のゲインは設定値と一致せず誤差がある。この誤差は後述するように、ディジタル領域で補正される。３４はレベル補正部であり、Ｄ／Ａ変換対象のディジタルオーディオ信号に対し、出力ゲイン切り換え部２８のゲイン誤差を打ち消すようにレベル補正を行う。２５は出力ゲイン切り換え部２８のゲイン測定用のディジタル基準信号を生成する基準信号生成部、２６は通常時はレベル補正部３４を介して入力されたディジタル信号処理後のディジタルオーディオ信号を選択して出力し、測定時は基準信号生成部２５から入力されたディジタル基準信号を選択して出力するスイッチ部、３０Ａは補正係数記憶部であり、出力ゲイン切り換え部２８の各段階の補正係数を記憶する。３５はスイッチ部であり、通常モード時はレベル補正部３４の出力を選択してレベル測定部２９へ出力し、測定モード時はＡ／Ｄ変換部２２の出力を選択して出力する。
【００２６】
３１Ａは制御部であり、測定時は１ｋＨｚの正弦波からなる基準信号を出力ゲイン切り換え部２８に印加させ、スイッチ部３２、Ａ／Ｄ変換部２２、スイッチ部３５を介してレベル測定部２９に入力し、出力ゲイン切り換え部２８のゲインを第６乃至第１段階に順に切り換えながら、各段階でのレベル測定部２９で測定した信号レベルを用いて出力ゲイン切り換え部２８の各段階のゲインの誤差を打ち消すための各段階別の補正係数を決定し、補正係数記憶部３０Ａに記憶させる。通常時は、レベル補正部３４からスイッチ部２６を介してＤ／Ａ変換部２７に入力されるディジタルオーディオ信号の信号レベルを監視し、所定の第１の基準レベルを下回った小レベル状態が一定時間継続したとき、Ｄ／Ａ変換部２７の入力レベルを最適化して量子化歪が顕著にならないようにするため、ゲイン切り換え部３３のゲインを１段階増大させ、その分出力ゲイン切り換え部２８のゲインを１段階下げる。この際、出力ゲイン切り換え部２８のゲインに対応する補正係数をレベル補正部３４にセットし、Ｄ／Ａ変換対象のディジタルオーディオ信号に補正係数を乗じて、出力ゲイン切り換え部２８のゲイン誤差を補正させて、ゲイン切り換え前後で出力アナログオーディオ信号Ａｏｕｔが不連続とならないようにする。
また、Ｄ／Ａ変換部２７に入力されるディジタルオーディオ信号の信号レベルを監視しているときに、所定の第２の基準レベル（＞第１の基準レベル）を越えて過大となったとき、Ｄ／Ａ変換部２７の入力レベルを最適化し、過大入力によるクリップが生じないようにするため、ゲイン切り換え部３３のゲインを１段階下げ、その分出力ゲイン切り換え部２８のゲインを１段階上げる。この際、出力ゲイン切り換え部２８のゲインに対応する補正係数をレベル補正部３４にセットし、Ｄ／Ａ変換対象のディジタルオーディオ信号に補正係数を乗じて、出力ゲイン切り換え部２８のゲイン誤差を補正させて、ゲイン切り換え前後で出力アナログオーディオ信号Ａｏｕｔが不連続とならないようにする。図９のＡ／Ｄ変換部２２からＤ／Ａ変換部２７までがディジタル領域である。なお、ディジタル領域ではサンプルデータがｎビット長で表現されるものとし、ＭＳＢが±の符号を表すものとする。但し、ディジタル信号処理部２４Ａは下位側に５ビット拡張して（ｎ＋５）ビット長で演算を行い、ゲイン切り換え部３３への出力も（ｎ＋５）ビット長で行い、ゲイン切り換え部３３は算術シフト演算後、出力する際にｎビットに丸めるものとする。
他の構成部分は図５と同様に構成されている。
【００２７】
図１０と図１１は制御部３１Ａによる測定時と通常時の制御処理を示すフローチャートであり、以下、これらの図を参照して上記した第２実施例の動作を説明する。
なお、ここでは、出力ゲイン切り換え部２８の×１／１のゲインを基準とし（補正はしない）、他の段階のゲインの相対誤差を打ち消すように補正するものとする。
（１）測定時
装置の電源がオンすると、制御部３１Ａはスイッチ部３２、２６、３５を測定モード側に切り換えさせ、基準信号生成部２５に振幅がディジタル領域のフルスケールの１／２より２割程度小さく、１ｋＨｚ正弦波からなるディジタル基準信号を生成させ、更に出力ゲイン切り換え部２８のゲインを第６段階の×１／１に切り換えさせる（図１０のステップＳ５０〜Ｓ５２）。ディジタル基準信号の生成は正弦波の１周期分の波形のサンプルデータを繰り返し出力することで行なう。ディジタル基準信号はスイッチ部２６を介してＤ／Ａ変換部２７に入力され、アナログ基準信号に変換されたのち、出力ゲイン切り換え部２８に入力される。ここで、ゲインが×１されたあと、アナログ基準信号ＳＴ’としてスイッチ部３２を介してＡ／Ｄ変換部２２に入力され、ディジタル信号に変換される。そして、レベル測定部２９によりピーク値が測定されて制御部３１Ａに入力される。制御部３１Ａは、入力したピーク値を基準レベルＳＱとして補正係数記憶部３０Ａに記憶し、かつ、第６段階のゲインの補正係数Ｑ６を１として記憶する（ステップＳ５３〜Ｓ５５）。
【００２８】
次に、出力ゲイン切り換え部２８のゲインを１段階下げて×１／２に切り換えさせ（ステップＳ５６、Ｓ５７）、レベル測定部２９から入力したピーク値で基準レベルＳＱの１／２のレベルを除して×１／２の補正係数Ｑ５を計算し、補正係数記憶部３０Ａに記憶する（ステップＳ５８、Ｓ５９）。次に、出力ゲイン切り換え部２８のゲインを１段階下げて×１／４に切り換えさせ、レベル測定部２９から入力したピーク値を基準レベルＳＱの１／４のレベルで除して×１／４の補正係数Ｑ４を計算し、補正係数記憶部３０Ａに記憶する（ステップＳ６０でＮＯ、Ｓ６１、Ｓ５７〜Ｓ５９）。以下、第１段階の×１／３２まで同様の処理を繰り返す。これにより、電源がオンされる度に、出力ゲイン切り換え部２８の各段階のゲインの補正係数Ｑ１〜Ｑ６が決定されて補正係数記憶部３０Ａに記憶される。
【００２９】
（２）通常時
補正係数の決定が終ると、制御部３１Ａは、スイッチ部３２、２６、３５を通常モード側に切り換えさせるとともにゲイン切り換え部３３のゲインを第１段階の×１、出力ゲイン切り換え部２８のゲインを第６段階の×１／１に切り換えさせる（図１０のステップＳ６１でＹＥＳ、図１１のステップＳ８０、Ｓ８１）。またレベル補正部３４に×１／１に対応する補正係数Ｑ６＝１をセットする（ステップＳ８２）。音量調整後の入力アナログオーディオ信号Ａｉｎはスイッチ部３２を介してＡ／Ｄ変換部２２に入力され、ディジタルオーディオ信号に変換される。そして、ディジタル信号処理部２４Ａで３次ＦＩＲフィルタにより低域成分が抽出される。ディジタル信号処理後のディジタルオーディオ信号はゲイン切り換え部３３によりゲインが×１（シフト無し）とされ、更にレベル補正部３４で補正係数１が乗じられたあと、スイッチ部２６を介してＤ／Ａ変換部２７に入力され、アナログオーディオ信号に変換されたあと、出力ゲイン切り換え部２８でゲインが×１／１されて後段へ出力される。制御部３１Ａは常時、レベル測定部２９で測定されたディジタルオーディオ信号のレベル（ここではピーク値）を監視しており（ステップＳ８３）、一定時間以上小レベル状態が続いているかの判断と、一定レベルを越えて過大になったかの判断を繰り返している（ステップＳ８４、Ｓ８５の繰り返し）。
【００３０】
若し、一定時間以上小レベル状態が続き、ステップＳ８４でＹＥＳとなったとき、現在ゲイン切り換え部３３がまだ第６段階でないので、ゲイン切り換え部２１を第２段階の×２に切り換え（入力したサンプルデータに対し算術シフト演算により、１ビット左シフトさせる）、Ｄ／Ａ変換部２７のダイナミックレンジに対し最適化し、その分出力ゲイン切り換え部２８を第５段階の×１／２に切り換える（ステップＳ８６〜Ｓ８８）。続いて、補正係数記憶部３０Ａから第５段階用の補正係数Ｑ５を読み出してレベル補正部３４にセットし、レベル補正部３４から出力ゲイン切り換え部２８までのゲインが第６段階に対し正確に１／２倍となるようにする（ステップＳ８９）。これにより、ゲイン切り換え前後で出力ゲイン切り換え部２８から出力されるアナログオーディオ信号Ａｏｕｔが不連続となるのが防止される。
【００３１】
その後、再び一定時間以上の小レベル状態が続いたとき、ステップＳ８４でＹＥＳと判断し、ゲイン切り換え部３３を第３段階の×４に切り換え（入力したサンプルデータに対し算術シフト演算により、２ビット左シフトさせる）、Ｄ／Ａ変換部２７のダイナミックレンジに対し最適化し、その分出力ゲイン切り換え部２８を第４段階の×１／４に切り換える（ステップＳ８６〜Ｓ８８）。続いて、補正係数記憶部３０Ａから第４段階用の補正係数Ｑ４を読み出してレベル補正部３４にセットし、レベル補正部３４から出力ゲイン切り換え部２８までのゲインが第６段階に対し正確に１／４倍となるようにする（ステップＳ８９）。
【００３２】
その後、測定レベルが一定レベルを越える過大になったとき、ステップＳ８５でＹＥＳと判断し、現在ゲイン切り換え部３３がまだ第１段階でないので、ゲイン切り換え部３３を第２段階の×２に切り換え（入力したサンプルデータに対し算術シフト演算により、１ビット左シフトさせる）、Ｄ／Ａ変換部２７のダイナミックレンジに対し過大入力とならないように最適化し、その分出力ゲイン切り換え部２８を第５段階の×１／２に切り換える（ステップＳ９０〜Ｓ９２）。続いて、補正係数記憶部３０Ａから第５段階用の補正係数Ｑ５を読み出してレベル補正部３４にセットし、レベル補正部３４から出力ゲイン切り換え部２８までのゲインが第６段階に対し正確に１／２倍となるようにする（ステップＳ９３、Ｓ９４）。これにより、ゲイン切り換え前後で出力ゲイン切り換え部２８Ａから出力されるアナログオーディオ信号Ａｏｕｔが不連続となるのが防止される。
【００３３】
この実施例によれば、Ｄ／Ａ変換対象のディジタルオーディオ信号のレベルに応じてゲイン切り換え部３３のゲインを切り換え、レベルを最適化してＤ／Ａ変換部２７に入力することで、Ｄ／Ａ変換で生じる量子化歪を低減することができる。また、基準信号を用いて出力ゲイン切り換え部２８の各段階のゲインの誤差を打ち消すための各段階別の補正係数を決定し、出力ゲイン切り換え部２８にＤ／Ａ変換されたアナログオーディオ信号が印加されているときに、出力ゲイン切り換え部２８のゲインに応じてＤ／Ａ変換対象のディジタルオーディオ信号に対しレベル補正を行なうようにしたので、アナログ回路で構成される出力ゲイン切り換え部２８の各段階のゲインに誤差があっても、信号に対するゲインを正確に切り換えることができる。
また、ゲイン切り換え部３３は信号処理部２４Ａの出力に対するゲインを２の乗数倍で切り換えるようにしたので、ゲイン切り換えのための演算をビットシフト動作で簡単に実行することができる。
【００３４】
なお、上記した第２実施例では、第６段階のゲインを基準にしたときの第２段階乃至第５段階のゲインの相対誤差を打ち消すように補正したが、各段階のゲインの絶対誤差を打ち消すように補正しても良い。この場合、例えば振幅Ｙが既知のディジタル基準信号をＤ／Ａ変換し第３段階の×１／８のゲインに切り換えられた出力ゲイン切り換え部２８に入力させた状態でレベル測定部２９でピーク値ｙが測定されたとき、補正係数Ｑ３は、
Ｙ×（１／８）＝ｙ×Ｑ３
Ｑ３＝（Ｘ／ｙ）×（１／８）
となる。他の段階の補正係数も同様にして求めることができる。
また、上記した第２実施例では、通常時に、アナログオーディオ信号Ａｉｎをスイッチ部３２を介してＡ／Ｄ変換部２２に入力するようにしたが、前段機器がディジタル出力の場合、図１２に示す如く、ディジタルオーディオ信号Ｄｉｎを直接、ディジタル信号処理部２４Ａに入力させるようにしても良い。この場合、アナログ基準信号ＳＴ’は直接、Ａ／Ｄ変換部２２に入力すれば良い。
【実施例３】
【００３５】
図１３を参照して本発明の第３実施例を説明する。図１３は本発明に係る音量調整装置の構成を示すブロック図であり、図９と同一の構成部分には同一の符号が付してある。この第３実施例の音量調整装置は、ディジタル領域で０〜−５ｄＢまで１ｄＢステップで減衰を行い、アナログ領域で０〜−３０ｄＢまで６ｄＢステップで減衰を行い、全体で０〜−３５ｄＢの範囲を１ｄＢステップで音量調整可能としたものである。
図１３において、３２はスイッチ部であり、通常モード時は音量調整対象の入力アナログオーディオ信号Ａｉｎを選択して出力し、測定モード時は後述する出力ゲイン切り換え部２８Ｂから出力されたアナログの基準信号ＳＴ’を選択して出力する。２４Ｂはディジタル信号処理部であり、ディジタルオーディオ信号に対し０ｄＢ〜−５ｄＢの範囲で１ｄＢのステップ幅でゲインを切り換えるための演算処理（０ｄＢ、−１ｄＢ、−２ｄＢ、−３ｄＢ、−４ｄＢ、−５ｄＢに相当するゲイン係数の乗算処理）を実行する。２８ＢはＤ／Ａ変換後のアナログオーディオ信号に対するゲインを切り換え可能な出力ゲイン切り換え部である。この出力ゲイン切り換え部２８Ｂはゲイン（ここでは０ｄＢ以下の減衰）を第１乃至第６の６段階に切り換え可能とする。第１段階は０ｄＢ、第２段階は−６ｄＢ、第３段階は−１２ｄＢ、第４段階は−１８ｄＢ、第５段階は−２４ｄＢ、第６段階は−３０ｄＢのゲインに設定されている。但し、素子部品の回路定数の選択の制限と回路定数のバラツキから各段階の実際のゲインは設定値と一致せず誤差がある。この誤差は後述するように、ディジタル領域で補正される。３４はレベル補正部であり、Ｄ／Ａ変換対象のディジタルオーディオ信号に対し、出力ゲイン切り換え部２８Ｂのゲイン誤差を打ち消すようにレベル補正を行う。２５は出力ゲイン切り換え部２８のゲイン測定用のディジタル基準信号を生成する基準信号生成部、２６は通常時はレベル補正部３４を介して入力されたディジタル信号処理後のディジタルオーディオ信号を選択して出力し、測定時は基準信号生成部２５から入力されたディジタル基準信号を選択して出力するスイッチ部、３０Ｂは記憶部であり、出力ゲイン切り換え部２８Ｂの各段階の補正係数を記憶する。記憶部３０Ｂには目標音量に対して、ディジタル信号処理部２４Ｂと出力ゲイン切り換え部２８Ｂにセットするゲインの組合せを表した図１４の如く制御テーブルが記憶されている。２９はレベル測定部であり、測定モード時にＡ／Ｄ変換部２２から出力されるディジタル信号の信号レベルを測定する。
【００３６】
３１Ｂは制御部であり、測定時は１ｋＨｚの正弦波からなる基準信号を出力ゲイン切り換え部２８Ｂに印加させ、スイッチ部３２、Ａ／Ｄ変換部２２を介してレベル測定部２９に入力し、出力ゲイン切り換え部２８Ｂのゲインを第６乃至第１段階に順に切り換えながら、各段階でのレベル測定部２９で測定した信号レベルを用いて出力ゲイン切り換え部２８Ｂの各段階のゲインの誤差を打ち消すための各段階別の補正係数を決定し、記憶部３０Ｂに記憶させる。通常時は、外部の図示しない音量可変操作部から入力した目標音量に基づき、記憶部３０Ｂの制御テーブルを参照してディジタル信号処理部２４Ｂと出力ゲイン切り換え部２８Ｂに対するゲイン切り換え制御を行なうとともに、出力ゲイン切り換え部２８Ｂのゲイン誤差を補正させて、目標音量の変化に対する出力信号レベルの直線性を改善する。図１３のＡ／Ｄ変換部２２からＤ／Ａ変換部２７までがディジタル領域、Ｄ／Ａ変換部２７から出力ゲイン切り換え部２８Ｂまでがアナログ領域である。なお、ディジタル領域ではサンプルデータがｎビット長で表現されるものとし、ＭＳＢが±の符号を表すものとする。ディジタル信号処理部２４Ｂは下位側に５ビット拡張して（ｎ＋５）ビット長で演算を行い、出力する際にｎビットに丸めるものとする。
他の構成部分は図９と同様に構成されている。
【００３７】
図１５と図１６は制御部３１Ｂによる測定時と通常時の制御処理を示すフローチャートであり、以下、これらの図を参照して上記した第３実施例の動作を説明する。
なお、ここでは、出力ゲイン切り換え部２８Ｂの０ｄＢのゲインを基準とし（補正はしない）、他の段階のゲインの相対誤差を打ち消すように補正するものとする。
（１）測定時
装置の電源がオンすると、制御部３１Ｂはスイッチ部３２、２６を測定モード側に切り換えさせ、基準信号生成部２５に振幅がディジタル領域のフルスケールの１／２より２割程度小さく、１ｋＨｚ正弦波からなるディジタル基準信号を生成させ、更に出力ゲイン切り換え部２８Ｂのゲインを第６段階の０ｄＢに切り換えさせる（図１５のステップＳ２００〜Ｓ２０２）。ディジタル基準信号の生成は正弦波の１周期分の波形のサンプルデータを繰り返し出力することで行なう。ディジタル基準信号はスイッチ部２６を介してＤ／Ａ変換部２７に入力され、アナログ基準信号に変換されたのち、出力ゲイン切り換え部２８Ｂに入力される。ここで、ゲインが０ｄＢとされたあと、アナログ基準信号ＳＴ’としてスイッチ部３２を介してＡ／Ｄ変換部２２に入力され、ディジタル信号に変換される。そして、レベル測定部２９によりピーク値が測定されて制御部３１Ｂに入力される。制御部３１Ｂは、入力したピーク値を基準レベルＳＱ’として記憶部３０Ｂに記憶し、かつ、第６段階のゲインの補正係数Ｑ６’を１として記憶する（ステップＳ２０３〜Ｓ２０５）。
【００３８】
次に、出力ゲイン切り換え部２８Ｂのゲインを１段階下げて−６ｄＢに切り換えさせ（ステップＳ２０６、Ｓ２０７）、レベル測定部２９から入力したピーク値で基準レベルＳＱ’より−６ｄＢ落としたレベルを除して−６ｄＢの補正係数Ｑ５’を計算し、記憶部３０Ｂに記憶する（ステップＳ２０８、Ｓ２０９）。次に、出力ゲイン切り換え部２８Ｂのゲインを１段階下げて−１２ｄＢに切り換えさせ、レベル測定部２９から入力したピーク値を基準レベルＳＱ’より−１２ｄＢ落としたレベルで除して−１２ｄＢの補正係数Ｑ４’を計算し、記憶部３０Ｂに記憶する（ステップＳ２１００でＮＯ、Ｓ２１１、Ｓ２０７〜Ｓ２０８）。以下、第１段階の−３０ｄＢまで同様の処理を繰り返す。これにより、電源がオンされる度に、出力ゲイン切り換え部２８Ｂの各段階のゲインの補正係数Ｑ１’〜Ｑ６’が決定されて記憶部３０Ｂに記憶される。
【００３９】
（２）通常時
補正係数の決定が終ると、制御部３１Ｂは、スイッチ部３２、２６を通常モード側に切り換えさせる（図１５のステップＳ２１０でＹＥＳ、図１６のステップＳ２２０）。そして、目標音量を入力し、制御テーブルを参照してディジタル信号処理部２４Ｂのゲインと出力ゲイン切り換え部２８Ｂのゲインを決定し、ディジタル信号処理部２４Ｂのゲインと出力ゲイン切り換え部２８Ｂのゲインの切り換え制御を行なう（ステップＳ２２２）。続いて、出力ゲイン切り換え部２８Ｂのゲインに対する補正係数をレベル補正部３４にセットする（ステップＳ２２３）。音量調整対象の入力アナログオーディオ信号Ａｉｎはスイッチ部３２を介してＡ／Ｄ変換部２２に入力され、ディジタルオーディオ信号に変換される。そして、ディジタル信号処理部２４Ｂで制御部３１Ｂにより設定されたゲイン分だけ信号レベルの可変演算を行なう。ディジタル信号処理後のディジタルオーディオ信号はレベル補正部３４で補正係数が乗じられたあと、スイッチ部２６を介してＤ／Ａ変換部２７に入力され、アナログオーディオ信号に変換されたあと、更に出力ゲイン切り換え部２８Ｂで制御部３１Ｂにより設定されたゲイン分だけ信号レベルが可変される。
【００４０】
例えば、目標音量が−２０ｄＢであったとき、ディジタル信号処理部２４Ｂで−２ｄＢ、出力ゲイン切り換え部２８Ｂで−１８ｄＢに減衰されるとともに、出力ゲイン切り換え部２８Ｂの−１８ｄＢのゲイン誤差を打ち消す補正係数Ｑ４’がレベル補正部３４にセットされるので、全体として、出力オーディオ信号Ａｏｕｔの音量は正確に−２０ｄＢとなる。
制御部３１Ｂは目標音量の変化を監視しており、変化があれば、前述と同様にして、制御テーブルを参照してディジタル信号処理部２４Ｂのゲインと出力ゲイン切り換え部２８Ｂのゲインを決定し、ディジタル信号処理部２４Ｂのゲインと出力ゲイン切り換え部２８Ｂのゲインの切り換え制御を行なう（ステップＳ２２５、Ｓ２２６でＹＥＳ、Ｓ２２２、Ｓ２２３）。続いて、出力ゲイン切り換え部２８Ｂのゲインに対する補正係数をレベル補正部３４にセットする（ステップＳ２２４）。
【００４１】
この実施例によれば、出力ゲイン切り換え部２８Ｂのゲイン切り換えは６段階で良いので構成が簡単で済み、また、ディジタル信号処理部２４Ｂは０〜５ｄＢの範囲で減衰させるだけなので、小音量時でも量子化歪が大きくならない。そして、また、基準信号を用いて出力ゲイン切り換え部２８Ｂの各段階のゲインの誤差を打ち消すための各段階別の補正係数を決定し、出力ゲイン切り換え部２８にＤ／Ａ変換されたアナログオーディオ信号が印加されているときに、出力ゲイン切り換え部２８Ｂのゲインに応じてＤ／Ａ変換対象のディジタルオーディオ信号に対しレベル補正を行なうようにしたので、アナログ回路で構成される出力ゲイン切り換え部２８Ｂの各段階のゲインに誤差があっても、信号に対するゲインを正確に切り換えることができ、目標音量に対する出力信号レベルの直線性が良好となる。
【００４２】
なお、上記した第３実施例では、第６段階のゲインを基準にしたときの第２段階乃至第５段階のゲインの相対誤差を打ち消すように補正したが、各段階のゲインの絶対誤差を打ち消すように補正しても良い。
また、上記した第３実施例では、通常時に、アナログオーディオ信号Ａｉｎをスイッチ部３２を介してＡ／Ｄ変換部２２に入力するようにしたが、前段機器がディシダル出力の場合、ディジタルオーディオ信号を直接、ディジタル信号処理部２４Ｂに入力させるようにしても良い。この場合、アナログ基準信号ＳＴ’は直接、Ａ／Ｄ変換部２２に入力すれば良い。
【実施例４】
【００４３】
図１７を参照して本発明の第４実施例を説明する。図１７は本発明に係る帯域制限用信号処理装置の構成を示すブロック図であり、図５、図９と同一の構成部分には同一の符号が付してある。
図１７は図５と図９を合わせた構成を有し、Ａ／Ｄ変換部の前段に入力ゲイン切り換え部、Ｄ／Ａ変換部の前段にゲイン切り換え部、Ｄ／Ａ変換部の後段に出力ゲイン切り換え部を設け、入力ゲイン切り換え部のゲイン誤差と出力ゲイン切り換え部のゲイン誤差を補正するようにしたものである。
図１７において、２０は通常モード時、入力アナログオーディオ信号Ａｉｎを選択し、第１測定モード時、基準信号ＳＴを選択するスイッチ部、２１は入力ゲイン切り換え部であり、音量調整後の入力アナログオーディオ信号Ａｉｎに対するゲインを第１段階は×１、第２段階は×２、第３段階は×４、第４段階は×８、第５段階は×１６、第６段階は×３２のゲインに切り換え可能である。３２は通常モード時と第１測定モード時、入力ゲイン切り換え部２１の出力を選択し、第２測定モード時、基準信号ＳＴ´を選択する。２３Ｃは入力レベル切り換え部２１のゲイン誤差を打ち消すためのレベル補正を行なう第１レベル補正部、３３はゲイン切り換え部であり、信号処理後のディジタルオーディオ信号に対するゲインを算術シフト演算により第１段階は×１、第２段階は×２、第３段階は×４、第４段階は×８、第５段階は×１６、第６段階は×３２のゲインに切り換え可能である。２８は出力ゲイン切り換え部であり、Ｄ／Ａ変換後のアナログオーディオ信号に対するゲインを第１段階は×１／３２、第２段階は×１／１６、第３段階は×１／８、第４段階は×１／４、第５段階は×１／２、第６段階は×１／１のゲインに切り換え可能である。３４Ｃは第２レベル補正部であり、Ｄ／Ａ変換対象のディジタルオーディオ信号に対し、出力ゲイン切り換え部２８のゲイン誤差を打ち消すようにレベル補正を行う。
【００４４】
２５は入力ゲイン切り換え部２１と出力ゲイン切り換え部２８のゲイン測定用のディジタル基準信号を生成する基準信号生成部、２９ＣはＡ／Ｄ変換部２２から出力されたディジタル信号のレベルをピーク値から測定する第１レベル測定部、３６はＤ／Ａ変換部２７に入力されるディジタル信号のレベルをピーク値から測定する第２レベル測定部、３０Ｃは補正係数記憶部であり、入力ゲイン切り換え部２１と出力ゲイン切り換え部２８の各段階の補正係数を記憶する。
【００４５】
３１Ｃは制御部であり、第１測定時は１ｋＨｚの正弦波からなる基準信号をスイッチ部２０を介して入力ゲイン切り換え部２１に印加させ、スイッチ部３２、Ａ／Ｄ変換部２２を介して第１レベル測定部２９Ｃに入力し、入力ゲイン切り換え部２１のゲインを第１乃至第６段階に順に切り換えながら、各段階での第１レベル測定部２９Ｃで測定した信号レベルを用いて入力ゲイン切り換え部２１の各段階のゲインの誤差を打ち消すための各段階別の補正係数を決定し、補正係数記憶部３０Ｃに記憶させる。第２測定時は１ｋＨｚの正弦波からなる基準信号を出力ゲイン切り換え部２８に印加させ、スイッチ部３２、Ａ／Ｄ変換部２２を介して第１レベル測定部２９Ｃに入力し、出力ゲイン切り換え部２８のゲインを第６乃至第１段階に順に切り換えながら、各段階での第１レベル測定部２９Ｃで測定した信号レベルを用いて出力ゲイン切り換え部２８の各段階のゲインの誤差を打ち消すための各段階別の補正係数を決定し、補正係数記憶部３０Ｃに記憶させる。
【００４６】
通常時、制御部３１Ｃは入力ゲイン切り換え部２１を介してＡ／Ｄ変換部２２に入力された入力アナログオーディオ信号の信号レベルを監視し、所定の第１の基準レベルを下回った小レベル状態が一定時間継続したとき、Ａ／Ｄ変換部２２の入力レベルを最適化して量子化歪が顕著にならないようにするため、入力ゲイン切り換え部２１のゲインを１段階上げ、その分出力ゲイン切り換え部２８のゲインを１段階下げる。また、入力アナログオーディオ信号の信号レベルを監視しているときに、所定の第２の基準レベル（＞第１の基準レベル）を越えて過大となったとき、Ａ／Ｄ変換部２２の入力レベルを最適化し、過大入力によるクリップが生じないようにするため、入力ゲイン切り換え部２１のゲインを１段階下げ、その分出力ゲイン切り換え部２８のゲインを１段階上げる。そして、入力ゲイン切り換え部２１のゲインに対応する補正係数を第１レベル補正部２３Ｃにセットし、Ａ／Ｄ変換部２２から出力されたディジタルオーディオ信号に補正係数を乗じて、入力ゲイン切り換え部２１のゲイン誤差を補正させるとともに、出力ゲイン切り換え部２８のゲインに対応する補正係数を第２レベル補正部３４Ｃにセットし、Ｄ／Ａ変換対象のディジタルオーディオ信号に補正係数を乗じて、出力ゲイン切り換え部２８のゲイン誤差を補正させる。また、ディジタル信号処理部２４Ａに対し過去のサンプルデータを算術シフト演算（１ビット左シフトまたは１ビット右シフト）により２倍または１／２倍の大きさに補正させて、ゲイン切り換え前後で出力アナログオーディオ信号Ａｏｕｔが不連続とならないようにする。
【００４７】
また通常時、制御部３１Ｃは第２レベル補正部３４Ｃからスイッチ部２６を介してＤ／Ａ変換部２７に入力されるディジタルオーディオ信号の信号レベルを監視し、所定の第１の基準レベルを下回った小レベル状態が一定時間継続したとき、Ｄ／Ａ変換部２７の入力レベルを最適化して量子化歪が顕著にならないようにするため、ゲイン切り換え部３３のゲインを１段階増大させ、その分出力ゲイン切り換え部２８のゲインを１段階下げる。また、Ｄ／Ａ変換部２７に入力されるディジタルオーディオ信号の信号レベルを監視しているときに、所定の第２の基準レベル（＞第１の基準レベル）を越えて過大となったとき、Ｄ／Ａ変換部２７の入力レベルを最適化し、過大入力によるクリップが生じないようにするため、ゲイン切り換え部３３のゲインを１段階下げ、その分出力ゲイン切り換え部２８のゲインを１段階上げる。そして、出力ゲイン切り換え部２８のゲインに対応する補正係数を第２レベル補正部３４Ｃにセットし、Ｄ／Ａ変換対象のディジタルオーディオ信号に補正係数を乗じて、出力ゲイン切り換え部２８のゲイン誤差を補正させて、ゲイン切り換え前後で出力アナログオーディオ信号Ａｏｕｔが不連続とならないようにする。図１７のＡ／Ｄ変換部２２からＤ／Ａ変換部２７までがディジタル領域である。なお、ディジタル領域ではサンプルデータがｎビット長で表現されるものとし、ＭＳＢが±の符号を表すものとする。但し、ディジタル信号処理部２４Ａは下位側に５ビット拡張して（ｎ＋５）ビット長で演算を行い、ゲイン切り換え部３３への出力も（ｎ＋５）ビット長で行い、ゲイン切り換え部３３は算術シフト演算後、出力する際にｎビットに丸めるものとする。
他の構成部分は図５、図９と同様に構成されている。
【００４８】
図１８乃至図２１は制御部３１Ｃによる測定時と通常時の制御処理を示すフローチャートであり、以下、これらの図を参照して上記した第４実施例の動作を説明する。
なお、ここでは、入力ゲイン切り換え部２１の×１／１のゲインを基準とし（補正はしない）、他の段階のゲインの相対誤差を打ち消すように補正するものとし、同様に、出力ゲイン切り換え部２８の×１／１のゲインを基準とし（補正はしない）、他の段階のゲインの相対誤差を打ち消すように補正するものとする。
（１）第１測定時
装置の電源がオンすると、制御部３１Ｃはスイッチ部２０、３２、２６を第１測定モード側に切り換えさせ、基準信号生成部２５に振幅Ｗがディジタル領域のフルスケールの１／２より２割程度小さく、１ｋＨｚ正弦波からなるディジタル基準信号を生成させ、更に入力ゲイン切り換え部２１のゲインを第１段階の×１に切り換えさせる（図１８のステップＳ１００〜Ｓ１０２）。ディジタル基準信号はスイッチ部２６を介してＤ／Ａ変換部２７に入力され、アナログ基準信号ＳＴに変換されたのち、スイッチ部２０を介して入力ゲイン切り換え部２１に入力される。ここで、ゲインが×１されたあと、スイッチ部３２を介してＡ／Ｄ変換部２２によりディジタル信号に変換される。そして、第１レベル測定部２９Ｃによりピーク値が測定されて制御部３１Ｃに入力される。制御部３１Ｃは、入力したピーク値を基準レベルＳＰとして補正係数記憶部３０Ｃに記憶し、かつ、入力ゲイン切り換え部２１の第１段階のゲインの補正係数Ｐ１を１として記憶する（ステップＳ１０３〜Ｓ１０５）。
【００４９】
次に、入力ゲイン切り換え部２１のゲインを１段階上げて×２に切り換えさせるとともに、基準信号生成部２５の出力振幅をそれまでの１／２倍とする（ステップＳ１０６〜Ｓ１０８）。この結果、アナログの基準信号ＳＴは振幅が１／２倍となって入力ゲイン切り換え部２１に入力され、ゲインが×２とされる。制御部３１Ｃは、第１レベル測定部２９Ｃから入力したピーク値で基準レベルＳＰを除して×２の補正係数Ｐ２を計算し、補正係数記憶部３０Ｃに記憶する（ステップＳ１０９、Ｓ１１０）。以下、第６段階の×３２まで同様の処理を繰り返す（ステップＳ１１１、Ｓ１１２、Ｓ１０７〜Ｓ１１０の繰り返し）。これにより、電源がオンされる度に、入力ゲイン切り換え部２１の各段階のゲインの補正係数Ｐ１〜Ｐ６が決定されて補正係数記憶部３０Ｃに記憶される。
【００５０】
（２）第２測定時
入力ゲイン切り換え部２１の補正係数の決定が終ると、制御部３１Ｃはスイッチ部２０、３２、２６を第２測定モード側に切り換えさせ、基準信号生成部２５に振幅Ｙがディジタル領域のフルスケールの１／２より２割程度小さく、１ｋＨｚ正弦波からなるディジタル基準信号を生成させ、更に出力ゲイン切り換え部２８のゲインを第６段階の×１／１に切り換えさせる（図１８のステップＳ１１１でＹＥＳ、図１９のステップＳ１２０〜Ｓ１２２）。ディジタル基準信号はスイッチ部２６を介してＤ／Ａ変換部２７に入力され、アナログ基準信号に変換されたのち、出力ゲイン切り換え部２８でゲインが×１されたあと、アナログ基準信号ＳＴ’としてスイッチ部３２を介してＡ／Ｄ変換部２２に入力され、ディジタル信号に変換される。そして、第１レベル測定部２９Ｃによりピーク値が測定されて制御部３１Ｃに入力される。制御部３１Ｃは、入力したピーク値を基準レベルＳＱとして補正係数記憶部３０Ｃに記憶し、かつ、出力ゲイン切り換え部２８の第６段階のゲインの補正係数Ｑ６を１として記憶する（ステップＳ１２３〜Ｓ１２５）。
【００５１】
次に、出力ゲイン切り換え部２８のゲインを１段階下げて×１／２とする（ステップＳ１２６、Ｓ１２７）。Ｄ／Ａ変換部２７から出力されたアナログの基準信号は出力ゲイン切り換え部２８に入力され、ゲインが×１／２とされる。制御部３１Ｃは、第１レベル測定部２９Ｃから入力したピーク値で基準レベルＳＱの１／２を除して出力ゲイン切り換え部２８の第５段階のゲインの補正係数Ｑ５を計算し、補正係数記憶部３０Ｃに記憶する（ステップＳ１２８、Ｓ１２９）。以下、第１段階の×１／３２まで同様の処理を繰り返す（ステップＳ１３０、Ｓ１３１、Ｓ１２７〜Ｓ１２９の繰り返し）。これにより、電源がオンされる度に、出力ゲイン切り換え部２８の各段階のゲインの補正係数Ｑ１〜Ｑ６が決定されて補正係数記憶部３０Ｃに記憶される。
【００５２】
（３）通常時
補正係数の決定が終ると、制御部３１Ｃは、スイッチ部２０、３２、２６を通常モード側に切り換えさせるとともに入力ゲイン切り換え部２１のゲインを第１段階の×１、ゲイン切り換え部のゲインを×１、出力ゲイン切り換え部２８のゲインを第６段階の×１／１に切り換えさせる（図１９のステップＳ１３０でＹＥＳ、図２０のステップＳ１４０、Ｓ１４１）。また第１レベル補正部２３Ｃに入力ゲイン切り換え部２１の×１に対応する補正係数Ｐ１＝１をセットし、第２レベル補正部３４Ｃに出力ゲイン切り換え部２８の×１に対応する補正係数Ｑ６＝１をセットする（ステップＳ１４２）。音量調整後の入力アナログオーディオ信号Ａｉｎはスイッチ部２０を介して入力ゲイン切り換え部２１に入力され、ゲインが×１されたあとスイッチ部３２を介してＡ／Ｄ変換部２２によりディジタルオーディオ信号に変換される。そして、第１レベル補正部２３Ｃで補正係数１が乗じられたあと、ディジタル信号処理部２４Ａで３次ＦＩＲフィルタにより低域成分が抽出される。そして、ゲイン切り換え部３３によりゲインが×１され、第２レベル補正部３４Ｃで補正係数１が乗じられたあとスイッチ部２６を介してＤ／Ａ変換部２７に入力され、アナログオーディオ信号に変換される。そして、出力ゲイン切り換え部２８でゲインが×１／１されて後段へ出力される。制御部３１Ｃは常時、第１レベル測定部２９Ｃと第２レベル測定部３６で測定されたディジタルオーディオ信号のレベル（ここではピーク値）を監視しており（ステップＳ１４３、図２１のステップＳ１６０）、一定時間以上小レベル状態が続いているかの判断と、所定の一定レベルを越えて過大になったかの判断を繰り返している（図２０のステップＳ１４４、Ｓ１４５、図２１のステップＳ１６１、Ｓ１６２）。
【００５３】
若し、第１レベル測定部２９Ｃの測定の結果、一定時間以上小レベル状態が続き、ステップＳ１４４でＹＥＳとなったとき、現在入力ゲイン切り換え部２１がまだ第６段階でなく、出力ゲイン切り換え部２８がまだ第１段階でないので、入力ゲイン切り換え部２１を第２段階の×２に切り換えてＡ／Ｄ変換部２２のダイナミックレンジに対し最適化し、その分出力ゲイン切り換え部２８を第５段階の×１／２に切り換える（ステップＳ１４６〜Ｓ１４８）。続いて、補正係数記憶部３０Ｃから入力ゲイン切り換え部２１の第２段階用の補正係数Ｐ２を読み出して第１レベル補正部２３Ｃにセットし、入力ゲイン切り換え部２１から第１レベル補正部２３Ｃまでのゲインが入力ゲイン切り換え部２１の第１段階に対し正確に２倍となるようにし、補正係数記憶部３０Ｃから出力ゲイン切り換え部２８の第５段階用の補正係数Ｑ５を読み出して第２レベル補正部３４Ｃにセットし、第２レベル補正部３４Ｃから出力ゲイン切り換え部２８までのゲインが出力ゲイン切り換え部２８の第６段階に対し正確に１／２倍となるようにする。更に、ディジタル信号処理部２４Ａに対しＦＩＲフィルタの過去のサンプルデータを算術シフト演算で１ビット左シフトして２倍の大きさとする（ステップＳ１４９、Ｓ１５０）。これにより、出力ゲイン切り換え部２８から出力されるアナログオーディオ信号Ａｏｕｔがゲイン切り換え前後で不連続となるのが防止される。
【００５４】
その後、再び第１レベル測定部２９Ｃで測定した信号レベルが一定時間以上の小レベル状態が続いたとき、ステップＳ１４４でＹＥＳと判断し、入力ゲイン切り換え部２１を第３段階の×４に切り換えてＡ／Ｄ変換部２２のダイナミックレンジに対し最適化し、その分出力ゲイン切り換え部２８を第４段階の×１／４に切り換える（ステップＳ１４６〜Ｓ１４８）。続いて、補正係数記憶部３０Ｃから入力ゲイン切り換え部２１の第３段階用の補正係数Ｐ３を読み出して第１レベル補正部２３Ｃにセットし、入力ゲイン切り換え部２１から第１レベル補正部２３Ｃまでのゲインが第１段階に対し正確に４倍となるようにし、補正係数記憶部３０Ｃから出力ゲイン切り換え部２８の第４段階用の補正係数Ｑ４を読み出して第２レベル補正部３４Ｃにセットし、第２レベル補正部３４Ｃから出力ゲイン切り換え部２８までのゲインが出力ゲイン切り換え部２８の第６段階に対し正確に１／４倍となるようにする。そして、ディジタル信号処理部２４Ａに対しＦＩＲフィルタの過去のサンプルデータを算術シフト演算で１ビット左シフトして２倍の大きさとする（ステップＳ１４９、Ｓ１５０）。
【００５５】
その後、第１レベル測定部２９Ｃでの測定レベルが所定の一定レベルを越える過大になったとき、ステップＳ１４５でＹＥＳと判断し、現在入力ゲイン切り換え部２１がまだ第１段階でなく、出力ゲイン切り換え部２８がまだ第６段階でないので、入力ゲイン切り換え部２１を第２段階の×２に戻してＡ／Ｄ変換部２２のダイナミックレンジに対し過大入力とならないように最適化し、その分出力ゲイン切り換え部２８を第５段階の×１／２に切り換える（ステップＳ１５１〜Ｓ１５３）。続いて、補正係数記憶部３０Ｃから入力ゲイン切り換え部２１の第２段階用の補正係数Ｐ２を読み出して第１レベル補正部２３Ｃにセットし、補正係数記憶部３０Ｃから出力ゲイン切り換え部２８の第５段階用の補正係数Ｑ５を読み出して第２レベル補正部３４Ｃにセットし、ディジタル信号処理部２４Ａに対しＦＩＲフィルタの過去のサンプルデータを算術シフト演算で１ビット右シフトして１／２倍の大きさとする（ステップＳ１５４、Ｓ１５５）。これにより、ゲイン切り換えの前後で出力ゲイン切り換え部２８から出力されるアナログオーディオ信号Ａｏｕｔが不連続となるのが防止される。
【００５６】
その後、第２レベル測定部３６の測定の結果、一定時間以上小レベル状態が続き、図２１のステップＳ１６１でＹＥＳとなったとき、制御部３１Ｃは現在ゲイン切り換え部３３がまだ第６段階でなく、出力ゲイン切り換え部２８がまだ第１段階でないので、ゲイン切り換え部３３を第２段階の×２に切り換えてＤ／Ａ変換部２７のダイナミックレンジに対し最適化し、その分出力ゲイン切り換え部２８を１段階下げ第４段階の×１／４に切り換える（ステップＳ１６３〜Ｓ１６５）。続いて、補正係数記憶部３０Ｃから出力ゲイン切り換え部２８の第４段階用の補正係数Ｑ４を読み出して第２レベル補正部３４Ｃにセットし、第２レベル補正部３４Ｃから出力ゲイン切り換え部２８までのゲインが出力ゲイン切り換え部２８の第６段階に対し正確に１／４倍となるようにする（ステップＳ１６６）。これにより、出力ゲイン切り換え部２８から出力されるアナログオーディオ信号Ａｏｕｔがゲイン切り換え前後で不連続となるのが防止される。
【００５７】
その後、再び第２レベル測定部３６で測定した信号レベルが一定時間以上の小レベル状態が続いたとき、ステップＳ１６１でＹＥＳと判断し、ゲイン切り換え部３３を第３段階の×４に切り換えてＤ／Ａ変換部２７のダイナミックレンジに対し最適化し、その分出力ゲイン切り換え部２８を１段階下げて第３段階の×１／８に切り換える（ステップＳ１６３〜Ｓ１６５）。続いて、補正係数記憶部３０Ｃから出力ゲイン切り換え部２８の第３段階用の補正係数Ｑ３を読み出して第２レベル補正部３４Ｃにセットし、第２レベル補正部３４Ｃから出力ゲイン切り換え部２８までのゲインが出力ゲイン切り換え部２８の第６段階に対し正確に１／８倍となるようにする。（ステップＳ１６６）。
【００５８】
その後、第２レベル測定部３６での測定レベルが所定の一定レベルを越える過大になったとき、ステップＳ１６２でＹＥＳと判断し、現在ゲイン切り換え部３３がまだ第１段階でなく、出力ゲイン切り換え部２８がまだ第６段階でないので、ゲイン切り換え部３３を第２段階の×２に戻してＤ／Ａ変換部２７のダイナミックレンジに対し過大入力とならないように最適化し、その分出力ゲイン切り換え部２８を第４段階の×１／４に切り換える（ステップＳ１６７〜Ｓ１６９）。続いて、補正係数記憶部３０Ｃから出力ゲイン切り換え部２８の第３段階用の補正係数Ｑ３を読み出して第２レベル補正部３４Ｃにセットする（ステップＳ１７０）。これにより、ゲイン切り換えの前後で出力ゲイン切り換え部２８から出力されるアナログオーディオ信号Ａｏｕｔが不連続となるのが防止される。
【００５９】
この実施例によれば、Ａ／Ｄ変換対象の入力アナログオーディオ信号のレベルに応じて入力ゲイン切り換え部２１のゲインを切り換え、レベルを最適化してＡ／Ｄ変換部２２に入力することで、Ａ／Ｄ変換で生じる量子化歪を低減することができ、Ｄ／Ａ変換対象のディジタルオーディオ信号のレベルに応じてゲイン切り換え部３３のゲインを切り換え、レベルを最適化してＤ／Ａ変換部２７に入力することで、Ｄ／Ａ変換で生じる量子化歪を低減することができる。
また、基準信号を用いて入力ゲイン切り換え部２１の各段階のゲインの誤差を打ち消すための各段階別の補正係数を決定し、入力ゲイン切り換え部２１にＡ／Ｄ変換対象のアナログオーディオ信号が印加されているときに、入力ゲイン切り換え部２１のゲインに応じてＡ／Ｄ変換部２２から出力されたディジタルオーディオ信号に対しレベル補正を行なうようにしたので、アナログ回路で構成される入力ゲイン切り換え部２１の各段階のゲインに誤差があっても、信号に対するゲインを正確に切り換えることができる。同様に、基準信号を用いて出力ゲイン切り換え部２８の各段階のゲインの誤差を打ち消すための各段階別の補正係数を決定し、出力ゲイン切り換え部２８にＤ／Ａ変換されたアナログオーディオ信号が印加されているときに、出力ゲイン切り換え部２８のゲインに応じてＤ／Ａ変換対象のディジタルオーディオ信号に対しレベル補正を行なうようにしたので、アナログ回路で構成される出力ゲイン切り換え部２８の各段階のゲインに誤差があっても、信号に対するゲインを正確に切り換えることができる。
また、Ａ／Ｄ変換後のディジタルオーディオ信号をディジタル信号処理する場合、入力ゲイン切り換え部２１のゲイン切り換えと連動してディジタル信号処理部２４Ａに保持された過去のサンプルデータのレベルを切り換える必要があるが、入力ゲイン切り換え部２１の複数段階のゲイン設定値を２の乗数倍で切り換えるようにしたので、過去のサンプルデータのレベルの切り換えを算術シフト演算（右シフトまたは左シフト）で簡単に実行することができる。
また、ゲイン切り換え部３３は信号処理部２４Ａの出力に対するゲインを２の乗数倍で切り換えるようにしたので、ゲイン切り換えのための演算をビットシフト動作で簡単に実行することができる。
【００６０】
なお、上記した第４実施例では、入力ゲイン切り換え部は第１段階のゲインを基準にしたときの第２段階乃至第６段階のゲインの相対誤差を打ち消すように補正したが、各段階のゲインの絶対誤差を打ち消すように補正しても良い。同様に、出力ゲイン切り換え部は第６段階のゲインを基準にしたときの第２段階乃至第５段階のゲインの相対誤差を打ち消すように補正したが、各段階のゲインの絶対誤差を打ち消すように補正しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、オーディオ信号以外にも、映像信号など他の種類の信号をＡ／Ｄ変換またはＤ／Ａ変換する場合にも同様に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】従来の信号処理システムの一例を示すブロック図である。
【図２】アナログゲイン切り換え回路の一例を示す回路図である。
【図３】図２の回路特性の説明図である。
【図４】従来の音量調整回路の一例を示すブロック図である。
【図５】本発明の第１実施例に係る帯域制限用信号処理装置のブロック図である（実施例１）。
【図６】図５中のディジタル信号処理部のシグナルフローを示す説明図である。
【図７】図５の制御部の制御処理を示すフローチャートである。
【図８】図５の制御部の制御処理を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第２実施例に係る帯域制限用信号処理装置のブロック図である（実施例２）。
【図１０】図９の制御部の制御処理を示すフローチャートである。
【図１１】図９の制御部の制御処理を示すフローチャートである。
【図１２】図９の変形例の構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第３実施例に係る音量調整装置のブロック図である（実施例３）。
【図１４】図１３の記憶部に記憶された制御テーブルの説明図である。
【図１５】図１３の制御部の制御処理を示すフローチャートである。
【図１６】図１３の制御部の制御処理を示すフローチャートである。
【図１７】本発明の第４実施例に係る帯域制限用信号処理装置のブロック図である（実施例４）。
【図１８】図１７の制御部の制御処理を示すフローチャートである。
【図１９】図１７の制御部の制御処理を示すフローチャートである。
【図２０】図１７の制御部の制御処理を示すフローチャートである。
【図２１】図１７の制御部の制御処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６３】
２０、２６、３２、３５  スイッチ部
２１  入力ゲイン切り換え部
２２  Ａ／Ｄ変換部
２３、３４  レベル補正部
２３Ｃ  第１レベル補正部
２４、２４Ａ、２４Ｂ  ディジタル信号処理部
２５  基準信号生成部
２７  Ｄ／Ａ変換部
２８、２８Ｂ  出力ゲイン切り換え部
２９  レベル測定部
２９Ｃ  第１レベル測定部
３０、３０Ａ、３０Ｃ  補正係数記憶部
３０Ｂ  記憶部
３１、３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ  制御部
３３  ゲイン切換部
３４Ｃ  第２レベル補正部
３６  第２レベル測定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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